TPS54160EVM - 230評(píng)估模塊：設(shè)計(jì)與性能解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，評(píng)估模塊對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是驗(yàn)證和開(kāi)發(fā)新電路的重要工具。今天，我們就來(lái)深入了解一下德州儀器（TI）的TPS54160EVM - 230評(píng)估模塊，看看它在DC/DC轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)中能為我們帶來(lái)哪些便利和優(yōu)勢(shì)。

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一、模塊概述

TPS54160EVM - 230評(píng)估模塊主要用于幫助設(shè)計(jì)師評(píng)估TPS54160 DC/DC轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行和性能。該轉(zhuǎn)換器是一款寬輸入電壓（3.5 - 60V）、2.5MHz、非同步、外部補(bǔ)償?shù)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/降壓轉(zhuǎn)換器/" target="_blank">降壓轉(zhuǎn)換器，能夠提供高達(dá)1.5A的輸出電流。

1.1 背景

此評(píng)估模塊提供了兩個(gè)基于TPS54160的獨(dú)立DC/DC轉(zhuǎn)換器：

• 頂部轉(zhuǎn)換器：設(shè)計(jì)用于在標(biāo)稱42VDC ±25%的輸入電壓源下工作，該輸入電壓范圍通常來(lái)自整流24VAC電源。它能提供5.0V的輸出電壓和高達(dá)1.5A的輸出電流，并且通過(guò)使用0402組件，實(shí)現(xiàn)了較小的解決方案尺寸。
• 底部轉(zhuǎn)換器：可在6.0V至60V的輸入電壓下工作，能提供3.3V的輸出電壓和高達(dá)1.5A的輸出電流。該轉(zhuǎn)換器還提供了額外的組件占位，方便設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)各種TPS54160解決方案。

二、連接器說(shuō)明

了解評(píng)估模塊上的跳線和連接器對(duì)于正確連接、設(shè)置和使用TPS54160EVM - 230至關(guān)重要。

2.1 輸入/輸出連接器描述

• 頂部轉(zhuǎn)換器：
  • J1（VIN Top Converter）：頂部轉(zhuǎn)換器的正輸入電源電壓，為減少EMI傳輸，輸入電源引線應(yīng)絞合并盡量縮短。若電源引線超過(guò)6英寸，需在J1和J2之間添加額外的大容量電容。
  • J2（GND Top Converter）：頂部轉(zhuǎn)換器輸入電源的返回連接。
  • J3（VOUT Top Converter）：頂部轉(zhuǎn)換器輸出的正連接，應(yīng)連接到負(fù)載的正輸入。
  • J4（VOUT Top Converter）：頂部轉(zhuǎn)換器輸出的返回連接。
  • J12（PG Top Converter）：與頂部轉(zhuǎn)換器的PWRGD輸出引腳相連，R4為PG引腳的上拉電阻，連接到輸出電壓。PWRGD引腳的最大電壓為6V，若轉(zhuǎn)換器輸出電壓高于6.0V，需移除R4以避免損壞TPS54160。
• 底部轉(zhuǎn)換器：
  • J5（VIN Bottom Converter）：底部轉(zhuǎn)換器的正輸入電源電壓，同樣需注意縮短引線并在必要時(shí)添加電容。
  • J6（GND Bottom Converter）：底部轉(zhuǎn)換器輸入電源的返回連接。
  • J7（ENABLE Bottom Converter）：通過(guò)短接或斷開(kāi)引腳1和2來(lái)啟用或禁用底部轉(zhuǎn)換器。
  • J8（TRACK Bottom Converter）：功能與J7類(lèi)似，用于控制底部轉(zhuǎn)換器。
  • J9（CLK Bottom Converter）：與底部轉(zhuǎn)換器的RT/CLK引腳相連。
  • J10（VOUT Bottom Converter）：底部轉(zhuǎn)換器輸出的正連接，連接到負(fù)載正輸入。
  • J11（GND）：底部轉(zhuǎn)換器輸出的返回連接。
  • J13（PG Bottom Converter）：與底部轉(zhuǎn)換器的PWRGD引腳相連，R12為上拉電阻，輸出電壓高于6.0V時(shí)需移除。

三、性能規(guī)格

3.1 頂部轉(zhuǎn)換器規(guī)格

需要注意的是，頂部轉(zhuǎn)換器為實(shí)現(xiàn)小尺寸設(shè)計(jì)，大部分組件采用0402尺寸，這使得對(duì)其進(jìn)行修改較為困難。若需要評(píng)估電路修改，建議使用底部轉(zhuǎn)換器。

3.2 底部轉(zhuǎn)換器規(guī)格

底部轉(zhuǎn)換器具有一些便于評(píng)估自定義設(shè)計(jì)的特性，例如許多控制信號(hào)被路由到外部連接器，方便訪問(wèn)；使用0603或更大尺寸的組件以及多個(gè)組件占位，便于焊接和組裝自定義設(shè)計(jì)。

3.2.1 底部轉(zhuǎn)換器的修改

• 輸出電壓設(shè)置：要改變?cè)u(píng)估模塊的輸出電壓，需要改變電阻R14的值，可使用公式(R14 = R15 times (frac{Vout}{0.8} - 1))計(jì)算。若輸出電壓改變，轉(zhuǎn)換器需要重新補(bǔ)償。
• 外部時(shí)鐘同步：評(píng)估模塊支持連接外部振蕩器，使TPS54160同步。需安裝零歐姆電阻R17和10pF電容C18。
• 可編程欠壓鎖定和啟用：TPS54160的欠壓鎖定（UVLO）和啟用電壓可通過(guò)R8和R9編程設(shè)置，具體電阻值可參考TPS54160數(shù)據(jù)手冊(cè)。還可安裝電容C19在EN引腳上添加延遲或噪聲濾波。

四、測(cè)試結(jié)果

文檔中提供了該評(píng)估模塊的典型性能波形，包括頂部和底部轉(zhuǎn)換器的效率、瞬態(tài)響應(yīng)、輸出和輸入電壓紋波、啟動(dòng)特性以及環(huán)路響應(yīng)等。通過(guò)這些波形，工程師可以直觀地了解轉(zhuǎn)換器在不同條件下的性能表現(xiàn)。

五、電路板布局

電路板布局對(duì)于高頻開(kāi)關(guān)模式電源至關(guān)重要。TPS54160EVM - 230的電路板采用2 - oz.銅的頂層和底層，以及1 - oz.銅的內(nèi)層。頂層主要用于路由輸入和輸出電壓的高電流跡線，一些對(duì)噪聲敏感的跡線（如反饋跡線）被路由到底層，由底層的大接地平面屏蔽。兩個(gè)內(nèi)層雖無(wú)跡線，但可為IC提供額外的散熱。

在布局時(shí)，應(yīng)盡量縮短具有高開(kāi)關(guān)頻率和電流的節(jié)點(diǎn)，以減少跡線電感。同時(shí)，要注意高頻電流環(huán)路的路由，并采用單點(diǎn)接地方案。具體布局指南可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

六、原理圖和物料清單

6.1 原理圖

評(píng)估模塊的原理圖展示了整個(gè)電路的連接和設(shè)計(jì)，為工程師提供了詳細(xì)的電路信息。

6.2 物料清單

分別列出了頂部轉(zhuǎn)換器和底部轉(zhuǎn)換器的物料清單，包括每個(gè)組件的數(shù)量、參考編號(hào)、值、描述、尺寸、零件編號(hào)和制造商等信息，方便工程師進(jìn)行采購(gòu)和組裝。

七、重要注意事項(xiàng)

在使用TPS54160EVM - 230評(píng)估模塊時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 該評(píng)估模塊僅用于工程開(kāi)發(fā)、演示或評(píng)估目的，并非適合一般消費(fèi)者使用的成品。
• 操作時(shí)應(yīng)確保輸入電壓在3.5 V至60 V之間，輸出電壓在0.8 V至60 V之間，超出范圍可能導(dǎo)致意外操作或?qū)δK造成不可逆損壞。
• 正常運(yùn)行時(shí)，部分電路組件的外殼溫度可能超過(guò)85°C，操作時(shí)需注意避免燙傷。
• 該評(píng)估模塊未經(jīng)過(guò)FCC規(guī)則第15部分的測(cè)試，在其他環(huán)境中操作可能會(huì)對(duì)無(wú)線電通信造成干擾，用戶需自行采取措施解決。

總的來(lái)說(shuō)，TPS54160EVM - 230評(píng)估模塊為工程師提供了一個(gè)方便的平臺(tái)，用于評(píng)估TPS54160 DC/DC轉(zhuǎn)換器的性能和功能。通過(guò)合理使用該模塊，工程師可以更好地設(shè)計(jì)和優(yōu)化DC/DC轉(zhuǎn)換電路。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。